Hoe Japan wereldwijd pionier wordt in intelligente netwerken

Het huidige elektriciteitsnet brengt energie van een centraal punt naar de vele gebruikers. Dit is de basis achter de werking van het huidige elektriciteitsnet. Op het net is het aanbod bijna altijd afgestemd op de vraag. En opslag van energie vindt hierbij automatisch plaats in fossiele brandstoffen. Bij de oprichting van dit systeem zo'n 100 jaar geleden, leek deze werking de meeste geschikte om de mensen van de service van elektriciteit aan te bieden. Maar nu zijn we beginnen beseffen dat dit niet meer de meeste geschikte oplossing hiervoor is. Het elektriciteitsnet is de laatste 50 jaar nagenoeg niet geëvolueerd en daardoor is het ongeschikt om vele van de moderne uitdagingen aan te gaan. Door de evolutie van de technologie, klimaatproblematiek, veranderingen in de transportsector, opkomst van hernieuwbare energiebronnen en nog andere factoren is het zo, dat het in de huidige situatie deze werking van het elektriciteitsnet niet meer de meest ideale is. En de laatste jaren is er hier ook steeds meer en meer aandacht aan besteed en dit leidde tot de geboorte van het idee van een intelligent elektriciteitsnet ofwel smart grid.

Een intelligent elektriciteitsnet is dus het elektriciteitsnet voor de toekomst. Bij een dergelijk elektriciteitsnet kan er flexibel omgegaan worden met een wisselend aanbod en een wisselende vraag naar elektriciteit. Dit maakt dit net geschikt voor elektriciteit die op veel verschillende locaties wordt opgewekt en voor fluctuerende energieleveranciers zoals zonnepanelen en windmolens. Bovendien kan een smart grid ervoor zorgen dat de wasmachine pas aanslaat of de elektrische auto pas oplaadt, als er voldoende energie is. Bij een overschakeling naar een intelligent elektriciteitsnet is het niet zo dat enkel het elektriciteitsnet veranderingen ondergaat. Maar het is eigenlijk het volledig systeem van de elektriciteitsmarkt die verandert. Van de producent en de bronnen, zo ook de transmissie en distributie, het financiële aspect, tot bij de consument, overal gaan er bij een overschakeling veranderingen plaatsvinden.

Het idee van intelligente elektriciteitsnetten is hoofdzakelijk afkomstig uit de VS en Europa. Vele Amerikaanse en Europese bedrijven, universiteiten en onderzoekscentra zijn bezig met onderzoek en ontwikkeling naar de werking van intelligente elektriciteitsnetten, de componenten en het beleid ervan. Doordat bij intelligente elektriciteitsnetten eigenlijk over het volledige elektriciteitsysteem veranderingen worden doorgevoerd, zorgt dit er ook voor dat er enorm veel verschillende partijen bij betrokken zijn. En dit bemoeilijkt ook de ontwikkeling ervan namelijk omdat partijen een verschillende visie kunnen hebben over deze intelligente elektriciteitsnetten. Maar ook is het zo dat al deze verschillende betrokken partijen de coördinatie van de ontwikkeling van intelligente elektriciteitsnetten er niet eenvoudiger op maken. Niet alleen wordt de ontwikkeling van deze nieuwe elektriciteitsnetten door allerhande factoren bemoeilijkt, ook de invoering deze nieuwe elektriciteitsnetten is ook niet vanzelfsprekend. In het algemeen kennen grote structuren een grote inertie voor veranderingen. Aangezien de structuur van elektriciteitsnetten en de energiemarkt gigantisch groot is, kent deze dan ook een zeer grote inertie voor veranderingen.

Al een tiental steden hebben al een intelligent elektriciteitsnet en in een aantal andere steden is men bezig met de installatie ervan. Twee van steden bevinden zich in Europa, namelijk in Italië en in Duitsland. Al de andere bevinden zich hoofdzakelijk in de VS. Het idee van intelligente elektriciteitsnetten is dus eigenlijk echt een westers idee. Maar later zijn ook veel Aziatische landen mee op de boot gesprongen. Bijvoorbeeld in China is het gedeeltelijk invoeren van intelligente elektriciteitsnetten een deel van hun huidig 5 jaren plan, die een deadline heeft in 2012. In China hebben ze het 'voordeel' dat nagenoeg de volledige productie, transmissie en distributie er beheerd wordt door de staat. Dit is een voordeel omdat ertoe leidt dat nieuwe standaarden en dergelijke sneller ingevoerd kunnen worden. Daarnaast is er in een dergelijke situatie een eenduidige visie over wat intelligente elektriciteitsnetten zijn, namelijk die van de staat. Voor sommige andere aspecten is een dergelijke situatie minder ideaal. Maar er kan dus zeker gezegd worden dat China ook bezig met intelligente elektriciteitsnetten. Maar niet alleen China maar ook in Zuid Korea zijn ze ook sterk bezig met intelligente elektriciteitsnetten. Daar heeft de overheid een $65 miljoen proefproject opgestart voor het uittesten van deze intelligente netten op een eiland.

Maar nu is er ook nog een ander Aziatisch land mee op de boot gesprongen, namelijk Japan. Vier grote steden van het eiland gaan hun CO2 uitstoot verminderen door meer gebruik te maken van hernieuwbare energie en door een beter gecoördineerd gebruikt van energie voor elektriciteit, verwarming en transport. Deze vier steden willen hiermee de doelstellingen om tegen 2030 40% minder CO2 te gaan uitstoten behalen. Maar hun systeem die ze gaan invoeren gaat wel nog een stapje verder dan intelligente elektriciteitsnetten zoals die van in andere landen. Waar intelligente elektriciteitsnetten zich grotendeels beperken tot elektriciteit zal in de Japanse steden het concept verder doorgetrokken worden. En door het verder doortrekken van het concept zal men uiteindelijk 'intelligente gemeenschappen' bekomen waarbij er een intelligent systeem bestaat voor het beheer van niet alleen elektriciteit maar ook voor verwarming en transport.

Deze projecten worden opgesteld als maatregel van de overheid om de doelstelling van de huidige eerste minister te behalen, namelijk om tegen 2020 al 25% minder broeikasgassen te gaan uitstoten. In totaal zullen deze projecten samen een prijskaartje kennen van $1 miljard verspreidt over vijf jaar. De uitvoering van deze projecten wordt uitgevoerd door een consortium van een tiental bedrijven waaronder Toyota, Nissan, Panasonic, Nippon Steel en andere. Om deze doelstelling te behalen moet er zo'n capaciteit van 28 gigawatt aan zonne-energie gebouwd worden. Het jaarlijks productie vermogen van een dergelijke capaciteit aan zonne-energie komt overeen met het bouwen van 28 grote kerncentrales. Maar zonne-energie levert wel een variabele elektriciteitsproductie en hierdoor komt dan ook de nood aan intelligente elektriciteitsnetten. En zo kunnen toestellen waarvan hun werking kan uitgesteld worden tot later uitgeschakeld worden wanneer de productie van de zonnepanelen klein is. Bijvoorbeeld 's nachts of wanneer het bewolkt is. Voordat dit mogelijk is moet er ook een communicatienetwerk beschikbaar zijn om deze informatie te gaan uitwisselen.

Maar in deze intelligente gemeenschappen zou er niet alleen een dergelijk intelligent systeem zijn voor elektriciteit maar onder andere ook voor verwarming en het beheer ervan. Meer dan de helft van de energie die op commercieel niveau en door residentie gebruikt wordt is energie in de vorm van warmte. En dus is een intelligent beheer niet alleen interessant voor elektriciteit maar ook voor warmte. Panasonic is onder andere al bezig met de ontwikkeling van een systeem die deze twee, elektriciteit en warmte, met elkaar integreert. Het systeem werkt op een individueel niveau en dus kan huis per huis apart beheerd worden. Het systeem van Panasonic combineert een brandstofcelsysteem die zowel elektriciteit als warmte opwekt met aardgas met een extreem efficiënte reeks zonnepanelen en een batterij waarmee elektriciteit van de zonnepanelen kan opgeslagen worden. Ook is het systeem voorzien om er een elektrische wagen op aan te sluiten. De batterij van een elektrische wagen is bij dit systeem niet alleen een verbruiker van energie maar deze wordt ook gebruikt voor opslag van energie. Een dergelijke systeem kost momenteel wel zo'n $60.000 en hiermee kan een woning onafhankelijk van het elektriciteitsnet gaan opereren.

Wanneer de zon schijnt dat produceren de zonnepanelen van dit systeem elektriciteit en zo wordt de woning voorzien van elektriciteit. Maar de zonnepanelen produceren meer elektriciteit dan dat er verbruikt wordt in de woning. De overtollige elektriciteit wordt onder andere opgeslagen door de batterij of het gebruikt onder andere warm water te voorzien en om de batterij van de elektrische wagen te gaan opladen. Wanneer het bewolkt is, of 's nachts, dan wordt gebruik gemaakt van de overdag opgeslagen elektriciteit door de batterij. Maar daarnaast produceert ook het brandstofcelsysteem elektriciteit en warmte, dit door gebruikt te maken van aardgas. De restwarmte hiervan, die normaal verloren gaat naar de omgeving wordt hier nu gebruikt om de woning op te warmen.

Een andere extra maatregel die bij dit systeem hoort is het uitrusten van de woning van DC-stopcontacten. De elektriciteit die geproduceerd wordt door de zonnepanelen is namelijk gelijkstroom of dus DC. Normaal gezien wordt deze dan omgezet naar wisselspanning maar dit gaat uiteraard gepaard met een bepaald energieverlies. Maar veel toestellen in huis maken gebruik van gelijkspanning en hierdoor zijn deze uitgerust met een adapter. De adapter zorgt er dan voor dat de gelijkspanning omgezet wordt naar de gewenste gelijkspanning. Maar aangezien bij dit systeem een groot deel van de elektriciteit opgewekt wordt met zonnepanelen wordt dus de elektriciteit eerst omgezet van gelijkspanning naar wisselspanning om deze wisselspanning dan terug om te zetten naar een gelijkspanning. Allebei deze stappen gaan gepaard met een energieverlies. Indien men een woning uitrust met gelijkspanning-stopcontacten, dan kan dit energieverlies vermeden worden. Toestellen die een gelijkspanning gebruiken zijn onder andere laptop's, gsm's, radio's, tv's, etc.

De verdere details van dit systeem variëren over de vier verschillende steden. Zeker al in twee van de vier steden wordt een groot deel van het wagenpark vervangen door elektrische wagens. En deze al deze wagens worden dan ook geïntegreerd in het elektriciteitsnetwerk, namelijk als verbruiker en als opslagcapaciteit. In één van de steden wordt er dan meer gebruik gemaakt op wagens op waterstof in plaats van wagens met batterijen. In deze stad wordt er namelijk een grote hoeveelheid waterstof geproduceerd. Met deze vier projecten wordt Japan wereldwijd dé koploper op het vlak van intelligente elektriciteitsnetten en gemeenschappen. Nergens anders wordt het concept van intelligent systemen zo ver doorgevoerd. Japan wordt dus een voorbeeld voor de andere steden in de wereld waar men dergelijke systemen wil invoeren.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [technologyreview]